散斑干涉測量技術(shù)作為一種全場、高精度、非接觸式的現(xiàn)代光學(xué)測量方法,在物體三維變形測量、應(yīng)變分析和無損檢測等方面有著廣泛應(yīng)用。傳統(tǒng)的散斑干涉三維變形或應(yīng)變測量系統(tǒng)通常采用分步測量,但對于形變不可重復(fù)的物體,往往要求測量系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)三維變形和應(yīng)變的同步測量。針對以上問題,本文提出了一種基于散斑干涉的三維變形和應(yīng)變同步測量方法,對該方法技術(shù)原理進(jìn)行了研究與探討,并搭建實驗系統(tǒng)驗證了測量的可行性。同時,采用單光源分光型數(shù)字散斑干涉三維變形測量的方案,進(jìn)行了散斑干涉測量系統(tǒng)儀器化的設(shè)計與研究。本文的具體研究工作如下:（1）對散斑干涉測量技術(shù)的基本原理進(jìn)行了介紹,推導(dǎo)了三維變形與相位變化的關(guān)系,對散斑干涉中的相位提取技術(shù)、相位圖像處理技術(shù)進(jìn)行了研究與分析。（2）對相位圖像處理中的解包裹算法進(jìn)行了研究,介紹了相位解包裹的基本原理與數(shù)學(xué)模型,編程實現(xiàn)了幾種典型的相位解包裹算法,并對其性能進(jìn)行了實驗對比。（3）提出一種基于散斑干涉的三維變形和應(yīng)變同步測量方法,使用不同波段的三種激光器作為光源,使用彩色相機(jī)采集散斑干涉圖像,從單幅彩色散斑干涉圖中提取不同照明方向的相位信息,解算出物體的三維變形和三維應(yīng)變信... 

【文章來源】：合肥工業(yè)大學(xué)安徽省 211工程院校 教育部直屬院校

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【學(xué)位級別】：碩士

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剪切散斑干涉相位條紋圖

第二章散斑干涉測量技術(shù)基礎(chǔ)13122π21cossin1cossiπnwuwu(2.23)因此，相位變化x與面內(nèi)水平方向形變量u的關(guān)系可以表示為：4sinxu(2.24)當(dāng)光源置于YOZ平面，相機(jī)置于z軸時，同理可得相位變化y與面內(nèi)豎直方向形變量v的關(guān)系：4sinyv(2.25)2.1.4剪切散斑干涉系統(tǒng)剪切散斑干涉技術(shù)也是散斑干涉測量技術(shù)的一種，在原理上與數(shù)字散斑干涉系統(tǒng)類似，可直接測量物體變形的導(dǎo)數(shù)，即應(yīng)變信息。剪切散斑測量技術(shù)產(chǎn)生的相位條紋圖呈現(xiàn)蝴蝶斑狀，且相對于數(shù)字散斑干涉系統(tǒng)而言，測量過程中不需要參考光，并且對振動等干擾不像數(shù)字散斑干涉系統(tǒng)那樣敏感，因此在無損檢測等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。圖2.5是典型的剪切散斑干涉相位條紋圖，圖2.6是剪切散斑技術(shù)對層壓板進(jìn)行缺陷檢測的結(jié)果。圖2.5剪切散斑干涉相位條紋圖圖2.6層壓板缺陷檢測結(jié)果Fig2.5PhasefringepatternofshearographyFig2.6Testresultsoflaminatedefects剪切散斑干涉系統(tǒng)光路如圖2.7所示。該系統(tǒng)又稱為邁克爾遜剪切散斑干涉系統(tǒng)，其基本原理如下：激光器發(fā)出的光經(jīng)擴(kuò)束鏡擴(kuò)束后照射被測物體，在物體表面發(fā)生漫反射，反射光到達(dá)分光棱鏡后分為兩束，分別經(jīng)反射鏡1和反射鏡2反射后回到分光棱鏡，匯合后到達(dá)CCD相機(jī)的靶面。通過調(diào)整反射鏡2的角度引入一個剪切量，使經(jīng)該反射鏡的光到達(dá)相機(jī)靶面后與另一束光在空間位置上有一個微小的偏移，表現(xiàn)為兩個相互錯位的物像。CCD相機(jī)采集這兩束錯位物光形成的散斑干涉常

合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)術(shù)碩士研究生學(xué)位論文18技術(shù)需要分別采集物體變形前后的四幅圖像進(jìn)行相位提取，而PZT的控制和圖像的采集在理論上都需要消耗相應(yīng)的時間，因此四步相移技術(shù)只能進(jìn)行靜態(tài)測量，而不適用于動態(tài)、快速測量，這也是大部分時間相移技術(shù)存在的缺陷。圖2.11散斑干涉相位條紋圖Fig2.11Thephasefringepatternofspeckleinterference2.2.2空間載波相移技術(shù)空間載波法是散斑干涉測量中另外一種常用的相位提取技術(shù)。1982年，Tekeda等人首次提出傅里葉變換法[45](FourierTransformMethod,FTM)。1996年，PedriniG等人將基于傅里葉變換的空間載波相移方法用于散斑干涉測量[46]。空間載波法的基本原理是通過引入一個載波頻率對干涉場進(jìn)行線性載波調(diào)制，使得干涉相位信息與背景光在頻譜上分離，通過傅里葉變換的方法提取相應(yīng)頻譜信息，獲得相位分布。圖2.12是基于空間載波技術(shù)的散斑干涉系統(tǒng)原理圖。激光器出射的光分為兩束：物光和參考光。物光經(jīng)擴(kuò)束后到達(dá)被測物體表面，后經(jīng)光闌和成像透鏡進(jìn)入CDD相機(jī)。參考光通過耦合透鏡引入光纖，調(diào)整光纖的位置和角度，將參考光引入CCD。兩者在相機(jī)靶面發(fā)生干涉并由相機(jī)以光強(qiáng)的形式記錄。物光波前可以表示為：,,exp,OOOuxyuxyixy(2.35)參考光的波前可以表示為：11,,exp22RRxyuxyuxyifxify(2.36)式中，,Oxy為物光的相位分布，1xf和1yf分別表示在X、Y方向上的空間頻率分量，即11sinxxf，11sinyyf，1x和1y分別為參考光在水平方向和豎直方向上的分量與觀測方向之間的夾角[47]。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
[1]數(shù)字散斑干涉三維變形測量系統(tǒng)及其應(yīng)用研究[D]. 顧國慶.南京航空航天大學(xué) 2013

碩士論文
[1]電子散斑干涉及位移場分離[D]. 高秀梅.山東師范大學(xué) 2007



本文編號：3316848